固態(tài)電池發(fā)展現(xiàn)狀

　　1、固態(tài)電池的研發(fā)現(xiàn)狀

　　在材料方面，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所、中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所為代表的團(tuán)隊(duì)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一系列的氧化物和硫化物的粉體、陶瓷片等，已經(jīng)開(kāi)始對(duì)社會(huì)提供樣品和供貨。

　　中科院化學(xué)研究所在雙功能聚合物電解質(zhì)相關(guān)研究中，成功開(kāi)發(fā)出新型雙功能聚合物電解質(zhì)，并實(shí)現(xiàn)紫外光固化技術(shù)制備，其實(shí)現(xiàn)的高室溫離子電導(dǎo)率和機(jī)械強(qiáng)度，可用于室溫固態(tài)金屬鋰電池。

　　中科院青島生物能源與過(guò)程研究所在高能量密度固態(tài)電池研究中取得進(jìn)展，針對(duì)固態(tài)電池發(fā)展中固固界面阻抗過(guò)大的瓶頸問(wèn)題，研究成員創(chuàng)造性地提出“原位自形成固態(tài)電解質(zhì)”的解決方案，有效降低界面阻抗和提升電池綜合性能。目前中科院青島能源所已開(kāi)發(fā)出6Ah大容量三元固態(tài)鋰電池，具有能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性能佳等優(yōu)勢(shì)。2017年1月15日，該所研發(fā)的固態(tài)鋰電池隨中科院深海所的深潛器出海，啟程遠(yuǎn)赴馬里亞納海溝進(jìn)行全海深示范應(yīng)用，這是我國(guó)首個(gè)自主研發(fā)可應(yīng)用于深潛器的高能量密度、高性能全固態(tài)鋰電池。

　　此外，由清華大學(xué)南策文院士團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建的清陶（昆山）能源發(fā)展有限公司也是國(guó)內(nèi)較早開(kāi)展全固態(tài)鋰電池技術(shù)研發(fā)的團(tuán)隊(duì)之一。南策文院士表示：“清陶發(fā)展把實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化定為2017年的首要任務(wù)，將重點(diǎn)解決材料匹配、裝備升級(jí)、產(chǎn)品一致性等核心問(wèn)題，力爭(zhēng)于2017年9月推出第一批全固態(tài)鋰電池產(chǎn)品。”

　　2、企業(yè)的固態(tài)電池布局

　　電池中國(guó)網(wǎng)發(fā)現(xiàn)，豐田、松下、三星、三菱以及國(guó)內(nèi)的寧德時(shí)代等電池行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)都已經(jīng)積極布局固態(tài)電池的儲(chǔ)備研發(fā)。

　　相對(duì)而言，技術(shù)成熟度較高、技術(shù)沉淀較深的當(dāng)屬法國(guó)的Bolloré、美國(guó)Sakti3和日本豐田。這三家也分別代表了以聚合物、氧化物和硫化物三大固態(tài)電解質(zhì)的典型技術(shù)開(kāi)發(fā)方向。在歐洲比較出名的Bolloré，采用的是聚合物電解質(zhì)體系，三星采用的則是硫化物電解質(zhì)體系。英國(guó)富豪詹姆斯-戴森（JamesDyson）在2015年公司收購(gòu)了固態(tài)電池企業(yè)Sakti3，2016年8月，戴森表示，將出資14億美元興建一座電池工廠。德國(guó)汽車零部件巨頭博世（BOSCH），2015年收購(gòu)美國(guó)電池公司“Seeo”。博世和Seeo然后與日本著名的GSYUASA（湯淺）電池公司和三菱重工共同建立了新工廠，主攻固態(tài)陽(yáng)極鋰離子電池。

　　2016年12月17日，寧德時(shí)代研發(fā)經(jīng)理郭永勝在“第七屆全球新能源汽車大會(huì)（GNEV7）”上介紹了公司固態(tài)鋰金屬電池的研發(fā)進(jìn)程，他表示，寧德時(shí)代在做固態(tài)電池之前對(duì)全球做固態(tài)電池的企業(yè)做了調(diào)研，目前該項(xiàng)目還處于早期階段。寧德時(shí)代在研發(fā)過(guò)程中，也在關(guān)注固態(tài)電池的制造問(wèn)題，固態(tài)電池整個(gè)制造工藝跟傳統(tǒng)的鋰離子的制造工藝不同，需要新的設(shè)備，新的工藝，所以寧德時(shí)代也同時(shí)進(jìn)行工藝的研發(fā)。

　　從整體來(lái)看，固態(tài)電池現(xiàn)在的制備技術(shù)成熟度還有待加強(qiáng)，能形成規(guī)模產(chǎn)能的企業(yè)有限，技術(shù)規(guī)模化擴(kuò)產(chǎn)需要克服的困難還有很多，仍處于推廣發(fā)展期。但可以預(yù)期的是，隨著研發(fā)和工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，全固態(tài)電池中的科學(xué)和工藝上的問(wèn)題會(huì)逐漸得到緩解，在未來(lái)幾年，固態(tài)電池產(chǎn)品的市場(chǎng)會(huì)迎來(lái)蓬勃發(fā)展的機(jī)遇。

　　固態(tài)電池發(fā)展前景

　　中國(guó)固態(tài)鋰電池處于基礎(chǔ)研發(fā)階段，清華大學(xué)、北大深圳研究院、電子科大、國(guó)防科大、中科院物理所、化學(xué)所、寧波材料所、青島能源所、上海硅酸鹽所等單位已開(kāi)始固態(tài)鋰電池關(guān)鍵材料、固態(tài)鋰電池制造裝備及電芯制造技術(shù)的研發(fā)。同時(shí)，國(guó)內(nèi)鋰電池材料及電芯優(yōu)勢(shì)企業(yè)，如寧德時(shí)代、比亞迪、中航鋰電、貝特瑞、力神、贛鋒鋰業(yè)等，也已開(kāi)始布局固態(tài)鋰電池技術(shù)開(kāi)發(fā)。

　　●寧德時(shí)代

　　寧德時(shí)代投入固態(tài)電池研發(fā)已有幾年時(shí)間，在聚合物和硫化物基固態(tài)電池方向分別開(kāi)展了相關(guān)的研發(fā)工作。其招股說(shuō)明書中表明，下一代電池研發(fā)重點(diǎn)就是全固態(tài)鋰電池。但從官方介紹的情況來(lái)看，離商業(yè)化仍然比較遠(yuǎn)。在制造工藝方面，寧德時(shí)代初步提出以下工藝路線：正極材料與離子導(dǎo)體的均勻混合與涂覆；經(jīng)過(guò)一輪預(yù)熱壓，形成連續(xù)的離子導(dǎo)電通道；經(jīng)過(guò)二次涂覆LPS之后，再進(jìn)行熱壓，全固態(tài)化之后可以去掉孔隙；再涂覆緩沖層后與金屬鋰復(fù)合疊加。

　　●比亞迪

　　比亞迪2016年中期業(yè)績(jī)會(huì)議透露，公司認(rèn)為固體電池將是鋰電池未來(lái)的方向，已經(jīng)在嘗試小規(guī)模使用，并確定將在未來(lái)10年，最快5年內(nèi)提供該類型產(chǎn)品。2017年8月，比亞迪申請(qǐng)了一種全固態(tài)鋰離子電池正極復(fù)合材料及一種全固態(tài)鋰離子電池的發(fā)明專利。

　　●國(guó)軒高科

　　國(guó)軒高科固態(tài)電池的研發(fā)主要在海外進(jìn)行，2018年2月，國(guó)軒高科透露正在美國(guó)和日本分別開(kāi)發(fā)下一代動(dòng)力電池生產(chǎn)技術(shù)工藝與生產(chǎn)設(shè)備，相關(guān)產(chǎn)品將使用半固態(tài)電池技術(shù)。目前，國(guó)軒高科半固態(tài)電池技術(shù)已處于實(shí)驗(yàn)室向中試轉(zhuǎn)換階段，計(jì)劃2019年建設(shè)中試線。

　　●贛鋒鋰業(yè)

　　2017年8月，贛鋒鋰業(yè)通過(guò)引進(jìn)寧波材料所的固態(tài)電池博士團(tuán)隊(duì)，正式切入固態(tài)電池板塊，目標(biāo)在3年內(nèi)實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化。隨后，贛鋒鋰業(yè)公告稱將投資2.5億元，于2018年底建成億瓦時(shí)級(jí)第一代固態(tài)鋰電池生產(chǎn)線，并實(shí)現(xiàn)送樣；在2019年12月完成3億元固態(tài)電池銷售，并分別推動(dòng)二代固態(tài)鋰電池技術(shù)成熟，實(shí)現(xiàn)三代固態(tài)鋰電池可研。根據(jù)測(cè)算，贛鋒鋰業(yè)生產(chǎn)的第一代固態(tài)鋰電池電芯的能量密度可達(dá)240Wh/kg，按照單車500kg電池組估算，80kWh的電量可以實(shí)現(xiàn)480km的續(xù)航，且千次循環(huán)后最大電量仍有90%，充電僅需12分鐘充滿。

　　●珈偉股份

　　2017年12月，珈偉股份子公司珈偉龍能發(fā)布了其首款快充類固態(tài)電池產(chǎn)品。珈偉龍能科技具備一期1億Wh高性能動(dòng)力電池，采用類固態(tài)快充技術(shù)；2018年二期擬再次投產(chǎn)2GWh電池產(chǎn)能。公司生產(chǎn)的電池正極采用改性的鐵鋰和三元，負(fù)極則使用鈦酸鋰和納米化的石墨。然而，珈偉股份發(fā)布的電池與全固態(tài)電池技術(shù)不甚相同，此次珈偉股份生產(chǎn)的類固態(tài)電池為凝膠狀（類固態(tài)）電池，采用了隔膜，非完全意義的固態(tài)電池。

　　固態(tài)電池的發(fā)展趨勢(shì)

　　目前，具有高能量密度以及高安全特性的固態(tài)電池正在全球范圍內(nèi)受到關(guān)注。伴隨著新能源汽車的高速發(fā)展，提高車輛續(xù)航里程的呼聲日益響亮，想要汽車“跑”得遠(yuǎn)，選用能量密度更高的固態(tài)電池成為一個(gè)可行的選擇。在此背景下，不同國(guó)家和地區(qū)的相關(guān)研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)紛紛進(jìn)入“賽道”，開(kāi)啟了一場(chǎng)發(fā)力布局和加速固態(tài)電池研發(fā)的“拉力賽”。

　　“想要達(dá)到2020年及以后的動(dòng)力電池能量密度發(fā)展要求，實(shí)現(xiàn)能量密度大于500Wh/kg的目標(biāo)，現(xiàn)有的液體電解質(zhì)電池體系恐怕無(wú)能為力。作為下一代面向500Wh/kg的電池技術(shù)路線，固態(tài)電池體系的研發(fā)已成為剛需。新能源汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展需要新的技術(shù)儲(chǔ)備，固態(tài)鋰電池則有望成為下一代車用動(dòng)力電池主導(dǎo)技術(shù)路線，它不只是未來(lái)二次電池的重要發(fā)展方向，也是當(dāng)前的重要任務(wù)。”中國(guó)科學(xué)院物理研究所研究員陳立泉近日表示。

　　國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)同時(shí)發(fā)力

　　國(guó)內(nèi)外不少大型車企現(xiàn)已開(kāi)始發(fā)力固態(tài)電池的研發(fā)，以求奪得未來(lái)發(fā)展新能源汽車的技術(shù)話語(yǔ)權(quán)。“各大汽車產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國(guó)在研發(fā)應(yīng)用新一代高能量密度動(dòng)力電池方面都不甘落后。”日前發(fā)布的《中國(guó)新能源汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告（2018）》分析指出。

　　進(jìn)軍固態(tài)電池領(lǐng)域，大眾汽車顯然早有計(jì)劃。其大規(guī)模電動(dòng)車發(fā)展計(jì)劃“RoadmapE”預(yù)計(jì)投資500億歐元，將在中國(guó)、歐洲及北美開(kāi)展動(dòng)力電池長(zhǎng)期戰(zhàn)略合作項(xiàng)目，并在2025年之后實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池裝車應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)1000公里的續(xù)航里程。同樣積極布局固態(tài)電池的還有寶馬汽車，其與美國(guó)電池技術(shù)公司SolidPower建立合作伙伴關(guān)系，共同開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車專用固態(tài)電池技術(shù)。

　　在亞洲，固態(tài)電池同樣是汽車公司以及電池企業(yè)布局的熱點(diǎn)。日本豐田給出的“答卷”是與松下聯(lián)合研發(fā)方形固態(tài)電池，同時(shí)計(jì)劃發(fā)展更高密度的新一代全固態(tài)電池。而韓國(guó)電池制造研發(fā)企業(yè)LGChem則選擇與三星SDI聯(lián)合研發(fā)高鎳NCM、NCA以及固態(tài)電池，并表示固態(tài)電池量產(chǎn)將在2025年左右。

　　面對(duì)競(jìng)爭(zhēng)激烈的國(guó)際固態(tài)電池市場(chǎng)，我國(guó)以中國(guó)科學(xué)院物理研究所為代表的研究團(tuán)隊(duì)，也正在積極推進(jìn)固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化工作。同樣發(fā)力的還有企業(yè)，贛鋒鋰業(yè)正與中國(guó)科學(xué)院寧波材料所進(jìn)行合作，寧德時(shí)代、天津力神、中航鋰電及衛(wèi)藍(lán)新能源等企業(yè)也在進(jìn)行固態(tài)電池的開(kāi)發(fā)。

　　“可以看到，不管是車企還是電池企業(yè)都著眼于全固態(tài)電池的研發(fā)，這更像是一場(chǎng)高比能全固態(tài)電池的技術(shù)競(jìng)賽，將極大促進(jìn)高比能全固態(tài)鋰電池最終實(shí)現(xiàn)。”北京理工大學(xué)材料學(xué)院教授吳伯榮表示。

　　多道難題待解

　　據(jù)記者了解，固態(tài)鋰電池的關(guān)鍵是固態(tài)電解質(zhì)材料，現(xiàn)有的無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)和高分子聚合物電解質(zhì)材料，沒(méi)有任何一種既有高離子電導(dǎo)率和機(jī)械強(qiáng)度，又有良好的加工性能。“目前高分子聚合物電解質(zhì)材料在室溫離子電導(dǎo)率低，而無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)則存在制備困難的問(wèn)題，怎么辦呢？我們要挑選各自的優(yōu)點(diǎn)，規(guī)避缺點(diǎn)。”中國(guó)科學(xué)院院士南策文指出，想要“兩全其美”，就必須對(duì)固態(tài)電解質(zhì)材料的研發(fā)提出更高的要求。

　　面對(duì)固態(tài)電池發(fā)展過(guò)程中的阻力，中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)秘書長(zhǎng)劉彥龍同樣提出了自己的看法，“目前最基礎(chǔ)的問(wèn)題仍然沒(méi)有在科研層面得到解決，即固體與固體之間的接觸界面高電阻問(wèn)題。”過(guò)大的電阻不僅會(huì)帶來(lái)能量的浪費(fèi)，還會(huì)導(dǎo)致電池溫度升高，對(duì)其安全性能造成不良影響。

　　除了技術(shù)上的不成熟，市場(chǎng)規(guī)則不完善同樣是固態(tài)電池成長(zhǎng)的“煩惱”。中國(guó)汽車技術(shù)研究中心有限公司北京工作部副主任王成告訴記者，縱使近兩年的新能源汽車財(cái)政補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)了動(dòng)力電池能量密度和車輛續(xù)駛里程，且2018年新版的補(bǔ)貼政策更加細(xì)化和完善，但是對(duì)于產(chǎn)品能量密度的指標(biāo)要求迭代周期過(guò)短，導(dǎo)致部分企業(yè)一味追求能量密度和高補(bǔ)貼，忽視了產(chǎn)品綜合性能的優(yōu)化，導(dǎo)致企業(yè)的技術(shù)和產(chǎn)品難以形成積累。

　　“從整體的技術(shù)鏈來(lái)看，固態(tài)電池市場(chǎng)存在布局不均、鏈條不穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)，難以打下持續(xù)發(fā)展提升的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。”王成分析指出，目前仍需進(jìn)一步引導(dǎo)企業(yè)在技術(shù)以及產(chǎn)品層面形成良性發(fā)展的健康體系，“研發(fā)機(jī)構(gòu)和企業(yè)應(yīng)注重積累的效率，在不斷的積累量變過(guò)程中，促成迭代質(zhì)變。”

　　固態(tài)鋰電池成戰(zhàn)略重心

　　面對(duì)如火如荼的固態(tài)電池“競(jìng)技場(chǎng)”，中國(guó)顯然搶到了參賽的入場(chǎng)券。國(guó)務(wù)院發(fā)布的《中國(guó)制造2025》規(guī)劃中明確提出了對(duì)單體動(dòng)力電池比能量的戰(zhàn)略布局，高比能、高安全、長(zhǎng)壽命和低成本固態(tài)鋰離子電池，是我國(guó)實(shí)現(xiàn)新能源汽車“純電驅(qū)動(dòng)”技術(shù)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的關(guān)鍵和重要支撐。自20世紀(jì)70年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)各研究機(jī)構(gòu)、高校，以及近年來(lái)隨國(guó)家政策而創(chuàng)建的優(yōu)勢(shì)電池材料企業(yè)，在固態(tài)電解質(zhì)和固態(tài)電池研究方面已取得了系列研究成果。同時(shí)，贛鋒鋰業(yè)和寧德時(shí)代都將全固態(tài)鋰電池作為下一代高性能動(dòng)力電池的研發(fā)重點(diǎn)。

　　“總體看固態(tài)電池發(fā)展的路徑，電解質(zhì)可能是從液態(tài)、半固態(tài)、固液混合、固態(tài)最后到全固態(tài)。負(fù)極會(huì)從石墨負(fù)極，到硅碳負(fù)極，最后有可能到金屬鋰負(fù)極，但是目前還存在技術(shù)不確定性。”中國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)明高近日分析指出，“到2030年，希望在電解質(zhì)方面取得突破，全固態(tài)電解質(zhì)會(huì)產(chǎn)業(yè)化，電池單體比能量有望沖擊500Wh/kg。2030年，常規(guī)車型的續(xù)航里程應(yīng)該可以達(dá)到500km以上。”

　　目前，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科技部和工信部都已將固態(tài)電池的研發(fā)列為重點(diǎn)專項(xiàng)，隨著更多新型固態(tài)電解質(zhì)材料的發(fā)展和全固態(tài)鋰電池反應(yīng)機(jī)制研究的逐步深入，固態(tài)電解質(zhì)性能有望得到持續(xù)改善。

　　“但光靠國(guó)家的支持是不夠的。”陳立泉指出，“希望鋰電產(chǎn)業(yè)界和投資促進(jìn)局高度重視，使我國(guó)在這場(chǎng)激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中獲勝，使動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)從‘跟跑’變?yōu)椤I(lǐng)跑’，促進(jìn)新能源汽車大規(guī)模的推廣應(yīng)用。”